[发明专利]一种用于抗打印扫描数字水印图像的校正方法

权利要求书

1.一种用于抗打印扫描数字水印图像的校正方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、设计水印嵌入算法；

所述步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、在Matlab上读取大小为M×M的灰度图像I作为水印算法的载体图像，另读取大小为N×N的灰度图像W作为水印图像；

步骤1.2、采用式(1)对水印图像W进行SVD分解；

式中U_w、S_w、V_w分别为水印图经SVD分解后得到的左奇异矩阵，奇异值矩阵及右奇异矩阵；

步骤1.3、采用式(2)将水印图分解得到的S_w与V_w^T相乘作为水印嵌入的主成分，记作A_w，左奇异矩阵U_W作为提取水印的秘钥；

A_W＝S_WV_W^T (2)

步骤1.4、对载体图像I进行二级DWT变换，得到变换后的LL2子带的大小为M/4×M/4；

步骤1.5、对载体图像二级DWT变换后得到的LL2子带进行不重叠分块，每一子块的大小为m×m，将每一块记作T(i,j)，共分成N×N块，m取值为M/4N；

步骤1.6、采用式(3)对步骤1.5得到的每一子块T(i,j)进行SVD分解；

式中U、S、V分别为每一子块T(i,j)经SVD分解后得到的左奇异矩阵，奇异值矩阵及右奇异矩阵,S为奇异值由大到小排列的对角矩阵，每个子块L(i,j)有m个奇异值，分别由大到小排列为λ₁、λ₂、λ₃…λ_m；

步骤1.7、采用式(4)将步骤1.3得到的水印主成分A_w以一定的嵌入强度α嵌入到载体图像每一子块的最大奇异值上，得到每个子块嵌入之后的最大奇异值λ’_max(i,j)，并将得到的奇异值矩阵记作S’，如式(5)所示；

λ'_max(i,j)＝λ_max(i,j)+αA_w(i,j) (4)

上式中α为嵌入强度，预设嵌入强度α的取值范围为[0.01,0.5]，A_w(i,j)为水印主成分A_w矩阵坐标为(i,j)的像素值，λ_max(i,j)为载体图像分块后坐标为(i,j)的小块的最大奇异值，λ’_max(i,j)为A_w矩阵坐标为(i,j)的像素值以α的嵌入强度嵌入到载体图像对应小块的最大奇异值λ_max(i,j)上后得到的最大奇异值λ’_max(i,j)；

S'＝diag(λ'_maxλ₂…λ_m) (5)

步骤1.8、采用式(6)对每一子块进行SVD逆变换，得到嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)；

式中U与V分别为步骤1.6对载体图像分块后每个小块进行奇异值分解后的左奇异矩阵与右奇异矩阵，S’为步骤1.7得到的奇异值矩阵；

步骤1.9、将得到的嵌入水印主成分后的子块T’(i,j)合为大小为M/4×M/4的子带LL2’,并进行二级DWT逆变换，得到最终嵌入水印后的含水印图像IW；

步骤2、设计水印提取算法；

所述步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、对步骤1.9得到的含水印图像IW进行二级DWT变换，得到二级子带，记为LL22；

步骤2.2、对LL22子带进行不重叠分块，分块方式与嵌入时一致，每一子块的大小为m×m，将每一子块记作T₂(i,j)；

步骤2.3、对每一子块T₂(i,j)进行SVD分解，将奇异值矩阵中最大的奇异值记作λ^*_max(i,j)，按照式(7)得到提取出的水印图主成分A^*_w：

式中λ^*_max(i,j)为含水印图经过分块后坐标为(i,j)的子块的最大奇异值，λ_max(i,j)为载体图像分块后坐标为(i,j)的子块的最大奇异值，两者相减后除以嵌入强度得到提取出的水印主成分矩阵A^*_w第(i,j)坐标的像素值；

步骤2.4、利用步骤1.3未嵌入的U_W通过式(8)得到提取出的水印图W₂：

步骤3、对嵌入水印后的含水印图像进行打印扫描，得到打印扫描后的数字图像；

所述步骤3具体按照以下步骤实施：

对步骤1嵌入水印后得到的含水印图像IW进行打印扫描，扫描后得到的数字图像调整至与原含水印图像大小一致，将打印扫描后得到的数字图像记作IW2；

步骤4、通过像素迁移方法对打印扫描后的图像进行像素校正，得到校正后的数字图像；

所述步骤4具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、计算步骤1得到的含水印图像IW所有像素的均值及标准差，分别记作σ₁；

步骤4.2、计算步骤3得到的打印扫描后的数字图像IW2所有像素的均值及标准差，分别记作σ₂；

步骤4.3、按照式(9)进行像素的迁移，将含水印图像IW视为参考图像，打印扫描后的数字图像IW2视为源图像，利用参考图像的像素值对源图像的像素进行调整，得到调整校正后的数字图像记为IW3；

步骤5、分别用未校正及校正后的数字图像在提取算法中提取水印信息。

2.根据权利要求1所述的一种用于抗打印扫描数字水印图像的校正方法，其特征在于，所述步骤5具体按照以下步骤实施：

分别用步骤3得到的未校正的打印扫描图IW2与步骤4得到的校正后的数字图像IW3进行水印提取，水印提取步骤即为重复步骤2，不同之处在于所用图片不同，未校正的打印扫描图提取水印，将步骤2.1的含水印图像IW替换成未校正的打印扫描图IW2，校正后的数字图像提取水印，将步骤2.1的含水印图像IW替换成校正后的数字图像IW3，最终得到提取出来的水印信息。